تطبيق نظام قياس التدفق الصوتي المقطعي iFlow RP600 ADCP في قياس التدفق الرملي العالي للنهر الأصفر

يعد قياس التدفق باستخدام جهاز ADCP (مقياس دوبلر الصوتي لسرعة التدفق) حاليًا أحد أكثر معدات قياس سرعة النهر وتدفقه تقدمًا في العالم. ويستخدم مبدأ تأثير دوبلر لقياس سرعة التدفق ويساعد الأقسام الهيدرولوجية على الحصول على سرعة تدفق النهر ومعلومات التدفق عبر الإنترنت وفي الوقت الفعلي. وباستخدام ADCP، يمكن للقسم فهم حالة تشغيل الأنهار وقوانين التغير، وتوفير بيانات موثوقة لاتخاذ القرارات المتعلقة بالوقاية من الفيضانات والتحكم فيها، وذلك لتقليل أو تجنب الإصابات والخسائر في الممتلكات الناجمة عن كوارث الفيضانات، وضمان سلامة حياة الناس وممتلكاتهم.

خلفية المشروع

تقوم محطة لووكو الهيدرولوجية، الواقعة على الضفة الجنوبية لسد النهر الأصفر في بلدة لووكو، مدينة جينان، مقاطعة شاندونغ، بمراقبة والإبلاغ عن أنظمة المياه للهيئة العامة للدفاع والهيئة العامة للدفاع عن النهر الأصفر على مدار العام، وتوفر معلومات بيانات هيدرولوجية دقيقة لمكافحة الفيضانات والجفاف، وجدولة المياه، والإنشاءات الهندسية، والتنمية الاقتصادية المحلية في الروافد الدنيا للنهر الأصفر في شاندونغ. نظرًا لاقتراب موسم الفيضانات، وتأثرًا بتنظيم المياه والرواسب وتآكل الروافد العليا للنهر الأصفر، فإن مياه النهر في الجزء الشرقي من النهر الأصفر تحتوي على تركيز كبير من الرواسب، وتزداد سرعة التدفق وتصريف المياه، مما يجعل محطة لووكو الهيدرولوجية تواجه دائمًا مشكلة قياس التدفق في بيئة ذات تركيز كبير من الرواسب.

تحليل نقاط الألم

في بيئة ذات تركيز عالٍ من الرواسب، لا يمكن اختبار مقياس التيار وADCP المستخدمين في محطة لووكو الهيدرولوجية بشكل طبيعي. يستغرق اختبار مقياس التدفق وقتًا طويلاً، حوالي ساعة واحدة، وطريقة الاختبار معقدة نسبيًا، ولها متطلبات عالية لقسم الاختبار. ومقياس التيار كثيف العمالة، ويتطلب من المشغلين قيادة قارب الاختبار للاختبار، وهناك مخاطر معينة على السلامة الشخصية. ومع ذلك، عندما يواجه ADCP تركيزًا كبيرًا من الرواسب، سيتم امتصاص الإشارة الصوتية المرسلة بسرعة، ولا يمكن الحصول على أصداء فعالة، مما يؤدي إلى عدم القدرة على قياس معلومات تتبع القاع، مما يجعل من الصعب الحصول على بيانات سرعة التدفق والتدفق.

خطة التنفيذ

نظرًا للظروف القاسية لتركيز الرواسب العالي في النهر الأصفر، لا يحتوي ADCP على معلومات تتبع القاع ولا يمكن اختباره بشكل منفصل. لذلك، قدمت Hi-Target حل iFlow RP600 ADCP المجهز بـ HD-MAX DF مزدوج التردد للمسح الصوتي و K20 RTK عالي الدقة المنفصل.
في هذا المخطط، يُستخدم HD-MAX DF مزدوج التردد للمسح الصوتي لقياس معلومات عمق المياه لتكملة معلمات عمق المياه في معلومات تتبع القاع الخاصة بـ ADCP، ويُستخدم K20 RTK عالي الدقة المنفصل لقياس السرعة لتكملة سرعة الجهاز النسبية بالأرض في معلومات تتبع القاع الخاصة بـ ADCP. يتم إخراج بيانات القياس لكل جهاز إلى برنامج قياس التدفق iFlow في الوقت الفعلي من خلال البرامج المطابقة لكل من HD-MAX DF مزدوج التردد للمسح الصوتي و K20 RTK عالي الدقة المنفصل، ويتم دمجها مع معلومات سرعة التدفق النسبية المقاسة بواسطة iFlow RP600 ADCP، وذلك لحساب التدفق وإكمال مهمة قياس التدفق هذه باستخدام ADCP.

سير العمل

1. تركيب المعدات

لتقليل خطأ القياس الناتج عن المسافة بين كل جهاز أثناء القياس المشترك، يتم تركيب جهاز iFlow RP600 ADCP على الجانب الأيمن الأمامي من قارب المسح الفولاذي بطريقة تركيب جانبية، ويتم تركيب جهاز HD-MAX DF الصوتي ثنائي التردد أمام iFlow RP600 ADCP لتقليل المسافة بين جهاز HD-MAX DF الصوتي ثنائي التردد وجهاز iFlow RP600 ADCP، ويتم تركيب هوائيي التوجيه لتحديد المواقع لجهاز K20 RTK عالي الدقة المقسم مباشرة فوق القوس الثابت لجهاز iFlow RP600 ADCP. وفي الوقت نفسه، لتحسين دقة وجودة القياس المشترك، أجرى مختبرو Hi-Target تصحيحًا للانحراف بمقدار -4 درجات بين خط الأساس للهوائي لجهاز K20 RTK عالي الدقة المقسم وزاوية تثبيت اتجاه iFlow RP600 ADCP.

2. جمع البيانات

في هذا القياس للتدفق، أجرى iFlow RP600 ADCP جولتين قياسيتين (ما مجموعه 4 أنصاف جولات قياس). يظهر وقت البدء وملفات البيانات المسجلة لكل اختبار في الجدول على اليمين.
3. تحليل البيانات

استنادًا إلى برنامج قياس التدفق iFlow، يمكن الحصول على معلومات متنوعة مثل ملف سرعة التدفق الكلي لقسم الاختبار في قسم لووكو.
استنادًا إلى برنامج قياس التدفق iFlow، يمكن الحصول على قيم التدفق والسرعة والمساحة وعرض النهر وغيرها من المعلمات التي تم الحصول عليها من القياس الحالي للمقطع العرضي والتحليل الإحصائي وحساب البيانات.

بناءً على برنامج قياس التدفق iFlow، يمكن الحصول على مخطط تخطيطي لمنحنى التدفق المقاس للمقطع بأكمله كدالة لوقت القياس، وبالتالي الحصول بوضوح على اتجاه تغير التدفق مع الزمن.

بناءً على برنامج قياس التدفق iFlow، يمكن الحصول على سرعة التدفق وشدة الصدى المقاسة بواسطة iFlow RP600 ADCP المقابلة للأربع حزم في كل وقت قياس.
بناءً على برنامج قياس التدفق iFlow، يمكن الحصول على معلومات GNSS المقابلة لكل وقت انفجار.

استنادًا إلى برنامج قياس التدفق iFlow، يمكن الحصول على مسار المسار الحالي لسفينة القياس الفولاذية ومتجه سرعة التدفق المقابل.

بناءً على برنامج قياس التدفق iFlow، يمكن إنشاء جدول نتائج التدفق تلقائيًا، ويمكن تسجيل معلومات تكوين القياس الحالي ونتائج قياس معلمات التدفق ونتائج متوسط القياس تلقائيًا.

النتيجة

الحد الأقصى للانحراف النسبي لجولات القياس الأربع النصفية لجهاز iFlow RP600 ADCP هو 2.12%، والانحراف الذاتي (الانحراف المعياري) لمتوسط سرعة التدفق المقطعية واتجاه التدفق وعرض النهر ومعلمات المساحة المقطعية كلها تتراوح بين 0.6% و 2.7%، مما يفي بمتطلبات دقة مواصفات القياس، ويحقق دقة اختبار عالية. ومن بين ذلك، يبلغ الانحراف النسبي بين متوسط معدل التدفق المقاس بواسطة iFlow RP600 ADCP ومعدل التدفق في محطة لووكو الهيدرولوجية الصادر عن التوقعات الرسمية لذلك اليوم 1.01%. يمكن الاستنتاج أن البيانات المقاسة بواسطة iFlow RP600 ADCP تحت ظروف تركيز الرواسب الكبيرة نسبيًا تتمتع بدقة عالية، وقد حقق هذا الاختبار المشترك نجاحًا تامًا.

ملخص المشروع

يُظهر الاختبار المشترك الذي أجرته محطة لووكو الهيدرولوجية و Hi-Target أن الاستخدام المشترك لجهاز Hi-Target iFlow RP600 ADCP، وجهاز HD-MAX DF الصوتي ثنائي التردد، وجهاز K20 RTK عالي الدقة المنفصل يمكنه التغلب على تأثير الظروف القاسية لمحتوى الرمل الكبير وإكمال مهمة قياس ADCP، مما يوفر المزيد من الوسائل والطرق لقياس التدفق في بيئة النهر الأصفر ذات المحتوى الرملي الكبير.

كما أثبت الاختبار الأداء الممتاز لجهاز iFlow RP600 ADCP من حيث التوسع الطرفي، والتركيب والتشغيل، وبرامج الدعم، ونتائج قياس التدفق.

فيما يتعلق بالتوسع الطرفي، يمكن استخدام جهاز iFlow RP600 ADCP لحساب تدفق ADCP عن طريق إدخال معلمات طرفية أخرى بشكل معقول وفقًا للطلب، ويتمتع الجهاز بتوافق طرفي جيد.

بالنسبة للتركيب والتشغيل، فإن عملية التركيب والتشغيل لجهاز iFlow RP600 ADCP مريحة وسريعة، والاتصال بجهاز HD-MAX DF الصوتي ثنائي التردد وجهاز K20 RTK عالي الدقة المنفصل موثوق به ويمكن استخدامه في بيئات ذات تركيزات رمل كبيرة.

بالنسبة للبرنامج الداعم، يمكن لبرنامج قياس التدفق iFlow أن يقدم ثروة من معلومات القياس أثناء عملية الاختبار وعملية تحليل البيانات بعد اكتمال القياس، ويتمتع بتجربة مستخدم جيدة.

بالنسبة لنتائج قياس التدفق، فإن الانحراف الذاتي (الانحراف المعياري) للبيانات مثل التدفق، وسرعة التدفق، وسرعة القاع، ومساحة المقطع العرضي المقاسة بواسطة iFlow RP600 ADCP يقع ضمن 2.7%، وتلبي دقة القياس متطلبات مواصفات فحص تدفق ADCP.